Swift 中属性 Getter、Setter 和观察者的生命周期

一、属性 Getter 和 Setter 的基础

Swift 中的属性分为存储属性（stored properties）和计算属性（computed properties）。getter 和 setter 是属性的核心机制，用于控制属性值的读取和设置。

1.1 存储属性

定义：存储属性直接存储值，常见于 struct 和 class。
Getter/Setter：
- 默认情况下，存储属性的 getter 直接返回存储值，setter 直接修改存储值。
- 可以自定义 getter 和 setter 来添加逻辑。

示例：

struct Person {
    private var _name: String
    var name: String {
        get { _name }
        set { _name = newValue.uppercased() }
    }
}
var person = Person(_name: "John")
print(person.name) // 输出: JOHN
person.name = "Alice"
print(person.name) // 输出: ALICE

1.2 计算属性

定义：计算属性不存储值，通过 getter 和（可选）setter 计算得出。
Getter/Setter：
- getter 必须实现，返回计算值。
- setter 可选，用于更新相关状态。

示例：

struct Rectangle {
    var width: Double
    var height: Double
    var area: Double {
        get { width * height }
        set { // 按比例更新 width 和 height
            let ratio = width / height
            height = sqrt(newValue / ratio)
            width = newValue / height
        }
    }
}
var rect = Rectangle(width: 5, height: 10)
print(rect.area) // 输出: 50.0
rect.area = 200
print(rect.width, rect.height) // 输出: 10.0 20.0

1.3 属性观察者（willSet 和 didSet）

定义：存储属性支持 willSet 和 didSet，在值将要改变和已改变时触发。
用途：
- willSet：在属性值改变前执行，可访问新值（newValue）。
- didSet：在属性值改变后执行，可访问旧值（oldValue）。
限制：
- 仅适用于存储属性（计算属性不支持）。
- 不能与自定义 setter 同时使用（但可与默认 setter 结合）。

示例：

class Counter {
    var count: Int = 0 {
        willSet {
            print("Will set count to \(newValue)")
        }
        didSet {
            print("Did set count from \(oldValue) to \(count)")
        }
    }
}
let counter = Counter()
counter.count = 10
// 输出:
// Will set count to 10
// Did set count from 0 to 10

二、属性 Getter 和 Setter 的生命周期

属性的 getter 和 setter 生命周期可以分解为以下阶段：

2.1 Getter 生命周期

触发：当访问属性时，调用 getter。
执行逻辑：
- 返回存储值（存储属性）或计算值（计算属性）。
- 可执行附加逻辑（如日志、转换）。
完成：返回结果给调用者。

示例：

struct Logger {
    var value: Int {
        get {
            print("Accessing value")
            return 42
        }
    }
}
let logger = Logger()
print(logger.value) // 输出: Accessing value \n 42

2.2 Setter 生命周期

触发：当设置属性值时，调用 setter。
执行逻辑：
- 接收 newValue（默认参数名，可自定义）。
- 更新存储值或相关状态。
- 可执行附加逻辑（如验证、通知）。
完成：属性值更新。

示例：

struct Validator {
    var age: Int {
        get { _age }
        set {
            _age = max(0, min(newValue, 120)) // 限制年龄范围
        }
    }
    private var _age: Int = 0
}
var validator = Validator()
validator.age = 150
print(validator.age) // 输出: 120

2.3 属性观察者生命周期

属性观察者的生命周期与 setter 紧密相关，分为以下阶段：

willSet 阶段：

触发：在 setter 更新存储值之前。
可访问：
- newValue：即将设置的新值。
- 当前值（self.property）：尚未改变。
用途：
- 验证新值。
- 触发前置通知。
限制：无法阻止值更新（只能抛出错误或间接处理）。

示例：

class User {
    var name: String = "" {
        willSet(newName) {
            if newName.isEmpty {
                print("Warning: Name cannot be empty")
            }
        }
    }
}
let user = User()
user.name = "" // 输出: Warning: Name cannot be empty

setter 执行：
- 更新存储属性的值。
- 如果有自定义 setter，则执行其逻辑。

didSet 阶段：

触发：在 setter 更新存储值之后。
可访问：
- oldValue：更新前的值。
- 当前值（self.property）：已更新。
用途：
- 记录变化日志。
- 触发后置通知或 UI 更新。

示例：

class DataModel {
    var data: Int = 0 {
        didSet {
            print("Data changed from \(oldValue) to \(data)")
        }
    }
}
let model = DataModel()
model.data = 42 // 输出: Data changed from 0 to 42

完成：
- 属性值更新完成，观察者逻辑执行完毕。
- 如果涉及 UI 或通知，可能触发后续事件（如 KVO 或 Combine 发布）。

2.4 生命周期完整示例

以下示例展示了 getter、setter、willSet 和 didSet 的完整生命周期：

class Temperature {
    private var _celsius: Double = 0
    var celsius: Double {
        get {
            print("Getting celsius: \(_celsius)")
            return _celsius
        }
        set {
            print("Setting celsius to \(newValue)")
            _celsius = newValue
        }
        willSet {
            print("Will set celsius to \(newValue)")
        }
        didSet {
            print("Did set celsius from \(oldValue) to \(_celsius)")
        }
    }
}

let temp = Temperature()
temp.celsius = 25
// 输出:
// Will set celsius to 25.0
// Setting celsius to 25.0
// Did set celsius from 0.0 to 25.0
print(temp.celsius)
// 输出:
// Getting celsius: 25.0
// 25.0

三、高级用法和注意事项

3.1 自定义 Getter 和 Setter 的高级场景

延迟加载：

使用 getter 实现惰性初始化。

示例：

class ImageLoader {
    var image: UIImage? {
        get {
            if _image == nil {
                _image = UIImage(named: "default")
            }
            return _image
        }
    }
    private var _image: UIImage?
}

权限控制：

使用 private(set) 或自定义 setter 限制写权限。

示例：

struct Config {
    private(set) var apiKey: String = "default"
    mutating func resetKey() {
        apiKey = "reset"
    }
}

3.2 属性观察者的高级用法

通知和状态同步：

在 didSet 中触发通知或更新 UI。

示例（结合 Combine）：

import Combine
class ViewModel: ObservableObject {
    @Published var username: String = "" {
        didSet {
            print("Username updated to \(username)")
        }
    }
}

验证和回滚：

在 willSet 中验证新值，必要时抛出错误。

示例：

class SafeCounter {
    var count: Int = 0 {
        willSet {
            guard newValue >= 0 else {
                fatalError("Count cannot be negative")
            }
        }
    }
}

3.3 属性观察者 vs 自定义 Setter

区别：
- willSet 和 didSet 适用于存储属性，适合观察值变化。
- 自定义 setter 提供更灵活的控制（如转换、拒绝更新）。

结合使用：

可以同时使用默认 setter 和观察者。

示例：

struct Circle {
    var radius: Double = 0 {
        willSet { print("Will set radius to \(newValue)") }
        didSet { print("Radius changed to \(radius)") }
    }
}

但自定义 setter 会覆盖 willSet 和 didSet，需手动调用观察逻辑。

3.4 并发环境下的注意事项

线程安全：
- 属性访问和修改可能涉及多线程，需确保线程安全。
- 使用 @MainActor 或 actor 保护属性。
- 示例：
  actor SafeStore {
  var value: Int = 0 {
  didSet { print("Value updated to \(value)") }
  }
  }

异步更新：

在 async/await 中，属性观察者可能触发多次，需避免重复逻辑。

示例：

class AsyncModel {
    var data: String = "" {
        didSet { Task { await notifyChange() } }
    }
    @MainActor private func notifyChange() { print("Notified") }
}

3.5 性能注意事项

避免复杂逻辑：

getter 和 setter 的复杂计算可能影响性能，考虑缓存结果。

示例：

class Cache {
    private var _value: Int?
    var value: Int {
        get {
            if let cached = _value { return cached }
            let computed = heavyCalculation()
            _value = computed
            return computed
        }
    }
    private func heavyCalculation() -> Int { 42 }
}

观察者开销：
- willSet 和 didSet 的频繁触发可能导致性能瓶颈，尽量简化逻辑。

四、常见面试问题

问题: willSet 和 didSet 可以用在计算属性上吗？为什么？答案:
- 不能。计算属性没有存储值，willSet 和 didSet 仅适用于存储属性。
- 替代方案：使用自定义 setter 实现类似逻辑。

问题: 如何在 setter 中防止无限递归？答案:

使用私有存储属性，避免直接调用 setter。

示例：

class RecursiveSafe {
    private var _count: Int = 0
    var count: Int {
        get { _count }
        set {
            if newValue != _count { // 避免递归
                _count = newValue
            }
        }
    }
}

问题: 如何在属性观察者中实现 KVO-like 功能？答案:

使用 didSet 发布通知或调用回调。

示例：

class Observable {
    var onChange: ((Int) -> Void)?
    var value: Int = 0 {
        didSet { onChange?(value) }
    }
}

问题: 如何在 willSet 中取消属性更新？答案:

无法直接取消，但可抛出错误或使用自定义 setter。

示例：

struct StrictModel {
    var value: Int {
        get { _value }
        set {
            guard newValue >= 0 else { fatalError("Invalid value") }
            _value = newValue
        }
    }
    private var _value: Int = 0
}

五、高级场景：结合其他 Swift 特性

5.1 结合 Codable

使用属性观察者监控 Codable 属性变化。

示例：

struct User: Codable {
    var name: String {
        didSet { print("Name updated to \(name)") }
    }
}

5.2 结合 Combine

使用 @Published 自动触发观察者。

示例：

import Combine
class ViewModel: ObservableObject {
    @Published var count: Int = 0 {
        willSet { print("Will set count to \(newValue)") }
    }
}

5.3 结合泛型和协议

在协议中定义属性观察者逻辑。

示例：

protocol ObservableProperty {
    associatedtype T
    var value: T { get set }
    var onChange: ((T) -> Void)? { get set }
}
struct ObservableValue<T>: ObservableProperty {
    var value: T {
        didSet { onChange?(value) }
    }
    var onChange: ((T) -> Void)?
}

六、总结

Getter：控制属性读取，返回值或计算结果。
Setter：控制属性写入，更新存储值或状态。
willSet：在值改变前触发，适合验证或前置通知。
didSet：在值改变后触发，适合日志或后置通知。
生命周期：willSet → setter → didSet → 完成。
注意事项：
- 避免复杂逻辑以优化性能。
- 在并发环境中使用 actor 或锁。
- 结合 Codable、Combine 等特性实现复杂功能。